特征

为什么粉红色钻石呈现粉红色?
GIA 研究人员深度剖析粉红色钻石的晶体结构


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这些钻石来自 2016 年纽约市的 Argyle Pink Tender(阿盖尔粉红色钻石竞标拍卖会)。从左至右依次为:0.64 克拉椭圆形深彩粉红色钻石,0.75 克拉三角形浓彩紫粉红色钻石,0.91 克拉椭圆形艳彩紫粉红色钻石,1.30 克拉心形浓彩粉红色钻石,1.35 克拉垫形浓彩紫粉红色钻石,0.80 克拉梨形艳彩粉红色钻石,0.45 克拉祖母绿式切磨艳彩紫粉红色钻石。由 Argyle Pink Diamonds (阿盖尔粉红色钻石)提供。摄影:Robert Weldon(罗伯特·韦尔登)/GIA

天然的粉红色钻石在地球宝藏中非常稀有珍贵。在大型拍卖会上,顶级、颜色浓郁的宝石每克拉的价格高达 200 多万美元。价格之所以如此之高,是因为它们美丽又稀有。只有一小部分钻石带有粉红色,而这一小部分钻石中,又仅有极小的一部分钻石带有艳丽浓郁的颜色。

然而实验室制造的粉红色钻石与大多数天然的粉红色钻石大不相同。GIA 研究人员表示,大多数这些彩色钻石在自然界中形成的方式,是制造商无法复制的。

GIA 的研究人员,高级研究科学家 Sally Eaton-Magaña(莎莉·伊顿·马加纳)博士、研究助理 Troy Ardon(特洛伊·阿登)、研究科学家 Karen V. Smit(卡伦·V.斯密特)博士、高级研究科学家 Christopher M. Breeding(克里斯托弗·M.·布里丁)博士和特聘研究人员 James Shigley(詹姆斯·希格利)博士利用 GIA 2008 年至 2016 年期间分级的 90,000 多颗天然粉红色和相关彩色钻石的庞大数据库,制作出目前为止最为详尽的粉红色钻石宝石学分析报告,发表在 GIA 的《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 2018 年冬季刊上。

《宝石与宝石学》(G&G) 杂志的封面上印有一枚粉红色钻石大戒指和封面语。
天然的粉红色钻石罕见而珍贵。本期的头条文章,根据 GIA 90,000 多颗从粉红色、橙粉红色、紫色、红色到褐色钻石的研究数据,总结它们的宝石学和光谱特征。封面上是 18.96 克拉的 Winston Pink Legacy(温斯顿粉红遗产),它是一颗艳彩粉红色祖母绿式切磨钻石,近日在拍卖会上以 5000 多万美元的价格拍出。Winston Pink Legacy(温斯顿粉红遗产)图片由 Harry Winston, Inc. 友情提供。© 2018 Christie’s Images Limited

这 90,000 多颗钻石的样品集包括 2008 年至 2016 年提交给 GIA 的所有以粉红色为主色的钻石,同时还将色彩范围从红色扩大到紫色,色度范围从微扩大到暗,还涵盖了褐色钻石,这种钻石的成色原因和粉红色及相关宝石类似。这 90,000 颗钻石之中,很多是尺寸小、色度低的钻石。

这项研究证明,99.5% 的粉红色钻石的颜色形成是由于钻石晶体结构变形,而并非微量元素导致,例如氮,这种微量元素生成钻石中的黄色,而硼生成蓝色。在含有氮的粉红色钻石中,颜色通常集中在平行窄带中,这些窄带叫做滑移面、片晶,或根据颜色,称为粉红色或褐色孪晶纹。这些线条在显微镜下可见,钻石切磨师将它们垂直于台面,来最大化呈现体色。

虽然通过实验室处理加工可以引入许多生色缺陷,但是塑性变形导致的钻石晶体结构原子级别的变形是无法引入的。

“我们知道绝大多数带这些颜色的钻石都与塑性变形有关,但我们仍然不知道生成这些颜色的缺陷的实际原子结构”,Breeding(布里丁)说道。他指出,粉红色是由集中在光谱分析中 550 纳米的宽吸收带导致的。光谱分析是重要的宝石学工具,用于测量钻石(和其他宝石)中的杂质和其他缺陷,这些缺陷在可见光谱中产生特定的吸收峰或吸收带。研究人员指出目前没有办法通过实验室处理或制造过程来复制 550 纳米吸收带的塑性变形。

所有提交给 GIA 分级鉴定所的彩色钻石都经过了严格分析,确保钻石颜色及钻石本身都是天然的,这让 GIA 的数据库成为研究工作详尽宝贵的资源,Shigley(希格利)说道。他还补充道,团队挑选了 1000 颗具有代表性的粉红色钻石,来为《宝石与宝石学》(Gems & Gemology)的文章做更深入的剖析。

两张图表显示了粉红色钻石研究的颜色分布。

实验室制造的粉红色钻石是如何产生的?

Eaton-Magaña(伊顿·马加纳)说,市面上有实验室制造的粉红色钻石,它们有三种不同的制造方式。

“第一种方式,也是目前最常见的,就是通过辐射处理(暴露于辐射中)含氮杂质的实验室制造的钻石,之后将其放入中等温度(600°C 至 1000°C),”她说,“大多数粉红色和相关色都是用这种方法形成。”

这个过程在晶格中产生缺陷(晶格中邻近一个氮原子的一个碳原子缺失导致),这个叫做氮空位中心,就是它生成了颜色。Eaton-Magaña(伊顿·马加纳)说很小一部分的天然粉红色钻石有这种氮空位中心,可以通过 575 纳米和 637 纳米的光谱线识别。

“这些带有氮空位的粉红色钻石仅占 GIA 数据库中天然粉红色钻石的 0.5%。”她说道。它们属于 IIa 型钻石(一种化学组成极其纯净的稀有钻石:几乎全是碳,还有可以忽略不计的氮或硼),带着非常均匀的粉红色,没有可见的有色片晶。这些宝石有时被称为 Golconda(戈尔康达)粉红色钻石,但它们并非一定和 18 世纪晚期关闭的那个印度矿区有关。

她说道,一般来说带有天然氮空位的粉红色钻石颜色较淡,而实验室制造和处理加工过的钻石颜色更深。额外的测试,比如在宝石学鉴定所的测试,对于确定此类钻石的颜色成因至关重要。

研究人员提到的第二种方法仅存在于用化学蒸汽沉积法(CVD)制造的实验室钻石,在制造过程中利用 520 纳米光谱带来生成橙-粉红色。研究人员说,GIA 只见过一些这样的宝石,它们的颜色不像其他验室制造的粉红色钻石那样鲜艳。

第三种方法就更罕见了,Eaton-Magaña(伊顿·马加纳)说道,在 CVD 制造过程中添加大量硅,当宝石暴露于紫外线中时,就会产生从稳定粉红色到短暂蓝色的可逆的颜色变化。

这三排已切磨的粉红色钻石展示了粉红色钻石从无色到紫色的不同色彩。

大小和颜色统计:粉红色钻石是否稀有?

这项研究的钻石组中,47% 属于无修饰色(未观察到其它颜色)的粉红色钻石;28% 属于紫粉红色到粉紫色范围;17% 属于褐粉红色到粉红褐色范围;10% 属于褐橙-粉红色到橙-粉红色范围;3% 属于褐色;1% 属于紫-褐色、紫-灰色和紫色;还有 0.9% 属于红色、褐-红色或橙红色。无修饰色的粉红色钻石中,54% 的钻石被分级为微粉红色至淡粉红色。

尽管褐色钻石是自然界中最常见的彩色钻石,它们在这组样品中的占比却很低,这说明了大多数褐色钻石都未取得鉴定证书就直接销往市场。褐色与其他如粉红色或黄色的色彩同时存在,或者褐色宝石就被处理加工成其他颜色。

这组样品中的绝大多数(83%)钻石重量不到一克拉,其中 56% 低于半克拉。主要形状为圆形(24%)、梨形(20%)、矩形(16%)和垫形(13%)。

这项对粉红色及相关色钻石展开的迄今最全面的研究发现,其中 IIa 型钻石占比 25%,远远高出无色至近无色钻石比例(比例小于5%),Breeding(布里丁)说道。

大多数 Ia 型粉红色钻石(含有在晶格中作为杂质的集群或氮原子聚合物)几乎都来自两处:澳大利亚的 Argyle(阿盖尔)矿区和俄罗斯,这两个地方恰好就是这种宝石产量最高、最稳定的地方。而 IIa 型粉红色钻石和其他 Ia 型粉红色钻石则来自其他地方,比如坦桑尼亚、南非和巴西,但没有报告显示这些矿区有常规生产活动。

“不同类型的钻石都来自特定区域,一种类型的钻石在别的区域还很难发现,这真是罕见。”Breeding(布里丁)说道。他还补充道,因为阿盖尔矿区是高色度(彩色)粉红色、紫粉红色和红色钻石的主要来源,明年该矿区关闭后,这些类别的宝石数量将大幅下降。

研究助力自动检测处理/实验室制造钻石

这项粉红色钻石研究让 GIA 更好地理解这种罕见而美丽的钻石的形成原因和颜色成因。研究人员通过分析吸收光谱和光致发光数据,发现了许多原子水平上的新细节。这些研究成果增加了研究人员对这些奇特宝石的认识,让他们能更快、更准确地鉴定这些宝石。

这项研究为 GIA 升级开发 GIA iD100® 宝石检测设备提供了更多支持,该设备增添了一项功能,可准确筛查粉红色和相关色钻石中的处理加工和合成。

Russell Shor(罗素·肖尔)是 GIA 卡尔斯巴德的资深行业分析师。